CN114729448A - 沉积系统和处理系统 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的实施例的沉积系统包括：反应室；气体供应单元，其用于将气态前体供应到反应室；反应物供应单元，其用于将与前体反应的反应物供应到反应室；以及排放单元，其用于从反应室排出排放物，其中：气体供应单元包括顺序地连接的副箱、液体流量控制器和蒸发器；前体借助于自动填充系统以液态填充到气体供应单元的副箱中，并且经由副箱、液体流量控制器和蒸发器被供应到反应室；并且排放单元包括应用等离子体预处理系统的处理工艺室、泵和洗涤器，从而稳定地供应前体而不更换罐，提高泵的寿命，并且提高洗涤器的效率。因此，通过使用根据本发明的实施例的沉积系统，从大规模生产的视角来看，可以提高设备的维护和管理的容易性。

Description

沉积系统和处理系统
技术领域
本发明构思涉及一种沉积系统和处理系统。
背景技术
在衬底上形成薄膜的典型方法包括化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)。在CVD和ALD工艺中，各种反应物可以用于在衬底的表面上形成薄膜。在该工艺中，液体反应物通常被相变为气态并被供应到反应室。在完成沉积工艺之后，在排放阶段排出该工艺的排放材料。然而，当使用蒸发器来增加液体反应物的供应时，由于该工艺的排放材料的增加，可能缩短供应液体反应物的罐的更换周期，并且可能缩短泵的更换周期。此外，由于在更换罐和泵时必须停止操作沉积系统的设备，因此从大规模生产的视角来看，有必要改善沉积系统以便于沉积设备的维护和管理。
发明内容
技术问题
本发明构思的一方面提供一种从大规模生产的视角来看便于沉积设备的维护和管理的沉积系统。
技术方案
根据本发明构思的一方面，沉积系统包括：反应室；第一气体供应单元，其被配置为以气态向反应室供应存储在第一主箱中的液体第一前体；反应物供应单元，其被配置为将与第一前体反应的反应物供应到反应室；以及排放单元，其被配置为排出从反应室生成的排放材料，其中，第一气体供应单元包括第一副箱、第一液体质量流量控制器和第一蒸发器，通过第一自动再填充系统填充在第一副箱中的第一前体通过经过第一副箱、第一液体质量流量控制器和第一蒸发器被供应到反应室，第一自动再填充系统操作以用以液态存储在第一主箱中的第一前体周期性地填充第一副箱，并且排放单元包括等离子体预处理系统室、泵和洗涤器，用于提高排放材料的分解速率的等离子体预处理系统被应用于等离子体预处理系统室。
根据本发明构思的一方面，沉积系统包括：反应室；一个或多个气体供应单元，其被配置为以气态向反应室供应至少一种前体；反应物供应单元，其被配置为将与前体反应的反应物供应到反应室；以及排放单元，其被配置为排出从反应室生成的排放材料，其中，一个或多个气体供应单元包括：副箱，前体存储在副箱中；蒸发器，其用于以气态向反应室供应前体；以及液体质量流量控制器，其控制供应到蒸发器的前体的量，排放单元包括等离子体预处理系统室、泵和洗涤器，并且在使用等离子体预处理系统改变排放材料的化学结构之后，等离子体预处理系统室通过泵排放排放材料。
根据本发明构思的一方面，工艺系统包括：至少一个自动再填充系统，其被配置为用处于液态的工艺材料自动地填充副箱；气体供应系统，其被配置为以气态向反应室供应存储在副箱中的工艺材料；以及等离子体预处理系统，其被配置为引发等离子体放电以改变从反应室排出的排放材料的化学结构，其中，气体供应系统被配置为操作连接在副箱与反应室之间的液体质量流量控制器和蒸发器，并且液体质量流量控制器被配置为控制供应到蒸发器的工艺材料的量。
有益效果
根据本发明构思的一方面，沉积系统可以使用应用于副箱的自动再填充系统(ARS)，而不是周期性地更换罐，从而将液体反应物溶液维持在可以被不间断地供应的状态中。此外，通过将等离子体预处理系统(PPS)应用于排放单元，可以增加泵的寿命，并且可以提高洗涤器的效率。
本发明的各种有益优点和效果不限于以上描述，并且在描述本发明的特定实施例的工艺中可以被更容易地理解。
附图说明
图1是根据本发明构思的示例实施例的沉积系统的示意性框图；
图2A至图2C是示出根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中的反应室的类型的示图；
图3是示出根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中的鼓泡器的操作的示图；
图4是示出根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中的蒸发器的操作的示图；
图5是示出根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中的自动再填充系统的操作的示意性流程图；
图6是示出根据本发明构思的示例实施例的排出沉积系统中的排放材料的工艺的示意图；
图7是示出根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中的等离子体预处理系统的操作的示意性流程图；以及
图8至图10是根据本发明构思的示例实施例的沉积系统的示意性框图。
具体实施方式
在下文中，如下将参照附图详细地描述本发明构思的示例实施例。
图1是根据本发明构思的示例实施例的沉积系统的示意性框图。
参照图1，沉积系统1可以包括反应室10、气体供应单元20、排放单元30、主箱40和反应供应单元50。
根据本发明构思的示例实施例的沉积系统1可以是执行化学气相沉积(CVD)工艺和/或原子层沉积(ALD)工艺的系统。CVD工艺和ALD工艺可以是这样的工艺的一部分：其用于通过将前体和反应物供应到反应室10中并且进行反应来在衬底上沉积薄膜。
前体可以在室温下以液体或固态存在，并且可以通过包括在气体供应单元20中的部件被蒸发，并且以气态被供应到反应室10。然而，这仅是示例并且本公开不必限于此，并且前体可以在室温下以气态存在。在沉积系统1中，前体可以是液体反应物。例如，前体可以是金属有机前体，并且可以由3族、4族或5族元素组成。然而，这仅是示例实施例并且本公开不必限于此，并且前体可以由其它元素组成。
在一般的沉积工艺中，可能有必要使用蒸发器将液体前体相变为气态。例如，鼓泡器和/或蒸发器可以用作用于将前体相变为气态的蒸发装置。例如，可以使用烘烤工艺将前体相变为气态，并且可以使用载体气体将气态前体供应到反应室10。同时，可以通过用载体气体使前体起泡来蒸发液体前体，并且气体前体可以被供应到反应室10。
沉积工艺中使用的上述蒸发装置可以根据液体前体的蒸汽压而改变。例如，在具有低蒸汽压的前体的情况下，可能难以使用鼓泡器蒸发液体前体，并且可能需要蒸发器。在具有高蒸汽压的前体的情况下，可以通过烘烤工艺来蒸发前体。
当使用蒸发器将液体前体相变为气态时，与使用鼓泡器时相比更大量的前体可以被供应到反应室10。供应到反应室10的前体的量可以由液体质量流量控制器(LMFC)控制。
供应到反应室10的前体可以存储在罐中。在一些情况下，如果随着工艺进行，前体在罐中少于预定的量，则可能需要更换罐以再次进行该工艺。因此，可能有必要停止工艺设备以更换罐。例如，可能有必要关闭工艺设备，以从连接到罐的管道内部去除杂质，或者更换罐。
当沉积工艺在进行中时和/或在沉积工艺完成之后，可以将排放材料排出到反应室10的排放端。作为示例，排放材料可以包括在沉积工艺期间不反应的气态反应物或者反应物的副产物。排放材料可以变成固相并且积累在连接到反应室10的排放端的泵32中，这可能损害泵。因此，为了更换用过的泵，可能有必要停止工艺设备。
在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统1中，反应室10可以包括执行沉积工艺的沉积室。例如，沉积工艺可以是化学气相沉积(CVD)和/或原子层沉积(ALD)工艺。然而，这是示例实施例并且本公开不必限于此，根据本发明构思的示例实施例的沉积系统1的反应室10可以包括执行使用气体注入的另一工艺的室。例如，反应室10可以包括在化学机械抛光(CMP)工艺之后通过喷射清洗气体执行清洗的抛光工艺室、通过使用包括源气体的自由基和离子的等离子体去除晶圆的区域的至少一部分和/或形成在晶圆上的元素层的蚀刻工艺室等。当执行除沉积工艺之外的工艺时，供应到反应室10的气体可以不限于前体。
在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统1中，供应到反应室10的液体前体可以存储在主箱40中。存储在主箱40中的液体前体可以通过自动再填充系统(ARS)填充在气体供应单元20中。例如，自动再填充系统(ARS)可以跨工艺连续地操作。例如，当操作自动再填充系统ARS时，可以通过连接到管道的真空泵在主箱40与气体供应单元20之间的管道中形成负压。可以通过所形成的负压将适当量的液体前体填充在气体供应单元20中。然而，这是示例实施例并且本公开不必限于此，自动再填充系统ARS的操作时序和方法可以根据示例实施例而不同。
在沉积系统1中，气体供应单元20可以包括副箱22、液体质量流量控制器23和蒸发器24。作为示例，气体供应单元20还可以包括用于滤出在蒸发器24中尚未完全蒸发的液体前体的过滤器25。此外，用于控制前体的供应的多个阀门可以设置在气体供应单元20的部件之间和/或气体供应单元20的部件内。然而，这是示例实施例并且本公开不必限于此，并且阀门的数量和位置可以根据需要确定。
副箱22可以从主箱40填充，以存储要用于对应的工艺中的液体前体。作为示例，副箱22可以是罐。液体质量流量控制器23可以以每单位时间恒定的量向蒸发器24供应存储在副箱22中的液体前体。例如，每单位时间恒定的量可以对应于每分钟大于1g至10g的范围。然而，这是示例实施例并且本公开不必限于此，并且所供应的液体前体的量可以根据液体前体的类型、进行该工艺所需要的量、以及在一个工艺中发生沉积的衬底的数量而不同。
蒸发器24可以使液体前体相变为气态以便于将前体供应到反应室10。蒸发器24的操作不限于一种方法，并且可以通过以根据示例实施例的各种方法操作来蒸发液体前体。气态前体可以通过过滤器25被供应到反应室10。
图1中所示的气体供应单元20的配置可以对应于使用蒸发器24和液体质量流量控制器23蒸发液体前体的示例。在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统1中，气体供应单元20可以包括鼓泡器，而不是蒸发器24和液体质量流量控制器23。鼓泡器可以包括在单独的配置中，但是本公开不必限于此，并且鼓泡器可以包括在副箱22中。随后将描述根据本发明构思的示例实施例的气体供应单元20的操作。
包括在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统1中的反应物供应单元50可以将通过与前体反应形成薄膜的反应物供应到反应室10。作为示例，所供应的反应物可以包括H2O、H2O2、O3、NH3等中的至少一种。然而，这是示例，并且不限于此，并且根据示例实施例供应的反应物可以不同。
在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统1中，在沉积工艺期间和/或在完成沉积工艺之后，排放材料可以被排出到反应室10的排放端。所排出的排放材料可以通过排放单元30从沉积系统1排出。排放单元30可以包括等离子体预处理系统(PPS)室31、泵32和洗涤器33。
来自沉积工艺的排放材料可以在经过PPS室31中的等离子体预处理系统(PPS)之后通过泵32和洗涤器33排出。然而，PPS室31的设置不限于图1中所示出的，并且PPS室31可以设置在泵32与洗涤器33之间。同时，可以安装多个处理室，使得可以重复地应用等离子体预处理系统PPS若干次。
应用于PPS室31中的排放材料的等离子体预处理系统(PPS)可以将反应性气体供应到排放材料。作为示例，反应性气体可以是O2。然而，这是示例实施例并且本公开不必限于此，并且可以根据示例实施例供应其它反应性气体。包含在排放材料中的金属副产物以及反应性气体可能反应以生成诸如氧化锆(ZrO2)的产物。例如，氧化锆可以处于粉末形式。然而，诸如氧化锆等的产物可能堆叠在管道的内壁上，并且阻碍排放材料的排出。
在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统1中，等离子体预处理系统PPS可以在PPS室31中引发等离子体放电。同时，通过等离子体放电的沉积工艺的排放材料可以用具有提高的沉积性能和/或提高的流动性和安全性的材料置换。因此，等离子体预处理系统PPS可以延长泵32的寿命，并且提高洗涤器33的效率。
例如，当应用等离子体预处理系统(PPS)时，泵的寿命可以是在没有等离子体预处理系统的情况下泵的寿命的2倍至3倍。例如，当不应用等离子体预处理系统(PPS)时，泵的更换周期可以是1个月，并且当应用等离子体预处理系统(PPS)时，泵的更换周期可以是2个月至3个月。然而，这是示例并且本公开不必限于此，并且泵的更换周期可以根据工艺环境、等离子体预处理系统(PPS)的性能、泵的性能等而不同。此外，当应用等离子体预处理系统(PPS)时，泵的寿命可以小于或等于当不应用等离子体预处理系统PPS时泵的寿命的两倍或三倍以上。
在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统1中，排出到反应室10的排放端的排放材料可以包含处于各种状态的材料。泵32可以使用负压排出排放材料。洗涤器33可以用于溶解和吸收处于气态的排放材料。然而，这是示例实施例并且本公开不必限于此，并且用于安全排出和排出排放材料的各种方法可以应用于排放单元30，并且还可以包括用于此的附加的部件。
图2A至图2C是用于解释根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中的反应室的类型的示图。
参照图2A至图2C，在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中，反应室可以是在其中执行在衬底的上表面上沉积薄膜的沉积工艺的沉积室。沉积室可以根据同时执行工艺的衬底的数量被分为批量型、半批量型和/或单一型。例如，执行沉积工艺的衬底可以是晶圆Wa、Wb和Wc。然而，工艺目标不限于根据示例实施例的晶圆Wa、Wb和Wc。例如，除晶圆Wa、Wb和Wc之外的各种衬底(诸如用于显示器的母衬底)可以是工艺目标。
无论反应室类型如何，都可以应用根据本发明构思的示例实施例的沉积系统。例如，在过去，主要使用批量型反应室以提高处理速度，但是近年来，单一型反应室的使用正在增加以提高工艺准确度，并且因此设备的维护和管理变得更加重要。根据本发明构思的示例实施例的沉积系统使得维持和管理设备更容易，并且可以提高工艺效率。
参照图2A，执行工艺的反应室10a可以具有批量型。例如，批量型反应室10a可以同时处理多个晶圆Wa。例如，以气态供应到反应室10a的前体可以在以特定布置设置的晶圆Wa的上表面上沉积薄膜。然而，反应室和相关联的工艺不限于图2A中所示的示例实施例，并且批量型反应室10a的内部形状可以根据示例实施例而不同。
参照图2B，执行工艺的反应室10b可以具有半批量型。例如，半批量型反应室10b可以同时处理多个晶圆Wb。例如，以气态供应到反应室10b的前体可以在以特定布置设置的晶圆Wb的上表面上沉积薄膜。然而，反应室和相关联的工艺不限于图2B中所示的示例实施例，并且半批量型反应室10b的内部形状可以根据示例实施例而不同。
例如，能够在半批量型反应室10b中同时处理的晶圆Wb的数量可以小于能够在图2A中所示的批量型反应室10a中同时处理的晶圆Wa的数量。然而，与批量型反应室10a相比，半批量型反应室10b可以提高精确工艺的准确度。
参照图2C，执行工艺的反应室10c可以具有被称为“单一型”的类型。例如，单一型反应室10c可以一次处理一个Wc。尽管与批量型反应室10a相比，单一型反应室10c可以具有较慢的处理速度，但是可以使用高精确度将薄膜均匀地沉积在晶圆Wc的上表面上。然而，反应室和相关联的工艺不限于图2C中所示的示例实施例，并且单一型反应室10b的内部形状可以根据示例实施例而不同。
图3是示出根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中的鼓泡器的操作的示图。
参照图3，在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中，包括在气体供应单元120中的副箱122可以包括鼓泡器B，鼓泡器B用于蒸发液体前体LP，并且以气态向反应室供应液体前体LP。鼓泡器B可以包括在气体供应单元120中作为与副箱122分离的装置。
例如，可以用液体前体LP填充副箱122至预定的高度H。鼓泡器B可以在第一高度h1处注入载体气体G。例如，第一高度h1可以低于填充有液体前体LP的预定的高度H。因此，载体气体G可以被直接注入到液体前体LP中。例如，载体气体G可以是具有低反应性的诸如N2的气体。然而，这是示例实施例并且本公开不必限于此，并且可以根据示例实施例使用各种载体气体G。
同时，通过注入载体气体G可以在液体前体LP中发生起泡，并且液体前体LP可以被蒸发为气体前体GP。气体前体GP可以通过管道被供应到反应室。例如，气体前体GP通过其离开的管道的入口可以设置在液体前体LP的表面上方。然而，这是示例并且本公开不必限于此，并且管道的入口可以被设置为靠近液体前体LP的表面，或者其可以以通过其气体前体GP可以逸出的各种方式设置。
可以发生起泡的液体前体LP可以是具有预定的蒸汽压的材料。例如，在使用在100℃下具有大约1托或更大的蒸汽压的液体前体LP的沉积工艺的情况下，可以使用鼓泡器B来蒸发液体前体LP。然而，这是示例并且本公开不必限于此，并且即使在使用具有高蒸汽压的液体前体LP的沉积系统中，也可以使用随后要描述的蒸发器代替鼓泡器B来增大所供应的前体的量。
图4是示出根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中的蒸发器的操作的示图。
参照图4，在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中，气体供应单元220可以包括液体质量流量控制器223、蒸发器224和副箱222。液体质量流量控制器223可以调整供应到蒸发器224的液体前体LP的量。蒸发器可以蒸发从液体质量流量控制器223供应的液体前体LP并且将其以气体前体(GP)状态供应到反应室。
例如，可以用液体前体LP填充副箱222至预定的高度H。为了将液体前体LP供应到液体质量流量控制器223，可以在副箱222的第二高度h2处注入载体气体G。例如，第二高度h2可以高于填充有液体前体LP的预定的高度H。因此，载体气体G可以被注入到液体前体LP的表面上。
液体前体LP的一部分可以通过注入载体气体G沿着第一管道L1被供应到液体质量流量控制器223。例如，第一管道L1的入口可以设置在低于填充有液体前体LP的预定的高度H的第三高度h3处。然而，这是示例实施例，并且第一管道L1的布置可以不限于此。
液体前体LP可以以由液体质量流量控制器223控制的量沿着第二管道L2被供应到蒸发器224。使用蒸发器224相变为气态的气体前体GP可以沿着第三管道L3被供应到反应室。因此，经过第一管道L1和第二管道L2的前体可以是液体前体LP，并且经过第三管道L3的前体可以是气体前体GP。
在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中，使用蒸发器224的液体前体LP可以是具有低蒸汽压的材料。然而，这是示例并且本公开不限于此，蒸发器224可以用于增大气体前体GP的供应，而不管前体的蒸汽压如何。
参照图3和图4，在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中，用于蒸发前体的鼓泡器或蒸发器可以与其它部件一起工作以作为整个系统操作。然而，这是示例实施例并且本公开不必限于此，并且无论其它部件的操作如何，鼓泡器或蒸发器都可以由单独的系统操作。例如，鼓泡器或蒸发器可以由单独的气体供应系统操作。
图5是示出根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中的自动再填充系统的操作的示意性流程图。
参照图5，在沉积系统中，可以通过应用自动再填充系统将液体前体从主箱填充到副箱。例如，自动再填充系统可以确定填充在副箱中的液体前体是否大于或等于预定的量(S100)。预定的量可以是进行下一工艺所需要的液体前体的量。然而，这是示例实施例并且本公开不必限于此，并且副箱可以进一步填充有液体前体至超过该工艺所需要的量的量。
当填充在副箱中的液体前体少于预定的量时，自动再填充系统可以被操作为将存储在主箱中的液体前体填充到副箱中(S110)。例如，真空泵可以设置在主箱与副箱之间，并且可以使用由真空泵形成的负压自动地填充液体前体。当填充在副箱中的液体前体大于或等于预定的量时，可以执行上述沉积工艺(S120)。
在完成沉积工艺之后(S130)，确定是否继续沉积工艺(S140)，如果是，则可以从步骤S100起再次重复沉积工艺。
在应用于根据本发明构思的示例实施例的沉积系统的自动再填充系统中，代替连续地更换罐，可以通过将液体填充在副箱中来执行沉积工艺。因此，可以通过使用设备关闭的时段(否则其可能被用于更换罐)作为操作时段来提高工艺效率。
图6是示出根据本发明构思的示例实施例的排出沉积系统中的排放材料的工艺的示意图。
参照图6，在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中，沉积工艺中生成的排放材料WP可以通过反应室的排放端被排出到排放单元30。
作为示例，排放单元30可以包括PPS室31、泵32和洗涤器33，PPS室31应用用于改变排放材料WP的化学结构的等离子体预处理系统(PPS)。
在沉积系统中，等离子体预处理系统可以通过分解和/或置换从反应室排出的排放材料WP来促进排出。作为示例，等离子体预处理系统可以应用于PPS室31中的排放材料WP。然而，等离子体预处理系统不限于应用于沉积系统，并且不仅可以应用于沉积工艺，而且可以应用于用于排出排放材料WP的其它工艺。例如，等离子体预处理系统可以应用于诸如灰化、蚀刻、退火和清洗的工艺。
应用等离子体预处理系统之前的排放材料WP可以是尚未反应的前体和/或在反应之后剩余的副产物。例如，排放材料WP可以是具有相对复杂的结构的材料(诸如氧化锆)。因此，当在不应用等离子体预处理系统的情况下排出排放材料WP时，由于诸如泵32上的过大的力或排放材料WP在管道中的积累的问题，可能缩短泵32的寿命。
等离子体预处理系统可以应用于PPS室31。等离子体预处理系统可以包括供应反应性气体(RG)和引起等离子体放电。例如，反应性气体RG可以是O2。由于等离子体放电而具有提高的分解速率的排放材料可以被分解为具有电荷的离子。例如，应用等离子体预处理系统的排放材料可以包括N3-、O2-、H+、Mx+、C、e-(电子)等。然而，这是示例实施例并且本公开不必限于此，并且等离子体预处理系统的操作和经分解的排放材料根据示例实施例而不同。
移动到泵32的处于离子状态的排放材料可以复合以形成新的材料。例如，泵32可以包括混合的氧化物(MOX)、NO2、H2O、CO2等。然而，这仅是示例并且本公开不必限于此，并且此外，可以包括各种材料。例如，泵32可以包括不复合的H+(阳离子)。
洗涤器33可以溶解并且排出剩余的排放材料中的至少一些。同时，由于应用等离子体预处理系统的排放材料被分解和/或被相比于初始排放材料WP具有相对简单的结构的材料置换，因此，可以提高洗涤器33的效率。例如，通过洗涤器33排出到外部的排放材料可以处于MOX、NO2、H2O、CO2、H2等的形式。然而，这是示例并且本发明构思不必限于此，并且可以包括各种材料。
图7是示出根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中的等离子体预处理系统的操作的示意性流程图。
参照图7，等离子体再处理系统操作可能不总是在每个工艺中执行。因此，根据本发明构思的示例实施例的沉积系统可以在步骤S200确定是否操作等离子体预处理系统。等离子体预处理系统可以在工艺期间和/或在工艺之间操作。当不操作等离子体预处理系统时，从反应室排出的排放材料可以通过泵和洗涤器被排出到外部。
当操作等离子体预处理系统时，反应性气体可以被注入到处理室中(S210)。例如，如上所述，反应性气体可以是O2。反应性气体可以通过与从反应室排出的排放材料反应而被分解。
然而，由于尚未完全分解的处于粉末形式的排放材料可能积累在泵中并且可能缩短泵的寿命，因此等离子体放电可以用于提高分解性能(S220)。例如，可以以RF等离子体放电的形式生成等离子体放电。然而，这是示例实施例并且本公开不必限于此，并且可以根据示例实施例以DC辉光放电等的形式生成等离子体放电。
在沉积系统中，可以根据示例实施例操作等离子体预处理系统多次。因此，可以执行确定是否重复操作等离子体预处理系统的步骤S230。因此，可以重复步骤S210和步骤S220多次。可以通过泵和洗涤器排出通过上述步骤而具有提高的分解性能的排放材料(S240)。然而，如上所述，这是示例实施例并且本公开不必限于此，并且排放单元的配置和每个部件的设置可以根据示例实施例而改变。
应用于沉积系统的等离子体预处理系统可以操作以排出具有提高的分解性能的排放材料。因此，可以通过减少积累在泵中的排放材料的量来延长泵的寿命。此外，可以通过提高洗涤器的效率来提高排放效率。
图8至图10是根据本发明构思的示例实施例的沉积系统的示意性框图。
参照图8，根据本发明构思的示例实施例的沉积系统300可以是当要沉积的薄膜由二元材料或三元材料制成时的沉积系统。因此，除了与气体供应单元20对应的第一气体供应单元320a之外，还可以包括第二气体供应单元320b。沉积系统300可以包括与图1的沉积系统1中示出的相应的部件对应的部件。
作为要沉积的薄膜的成分的第一前体可以通过第一自动再填充系统ARS_a从第一主箱340a填充在第一气体供应单元320a中。第一气体供应单元320a可以以气态向反应室310供应第一前体，并且第二气体供应单元320b可以以气态向反应室310供应与第一前体不同的第二前体。
在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统300中，第二气体供应单元320b可以包括与第一气体供应单元320a对应的部件。作为示例，第二气体供应单元320b可以包括第二副箱322b、第二液体质量流量控制器323b、第二蒸发器324b和第二过滤器325b。第二副箱322b可以存储通过第二自动再填充系统ARS_b从第二主箱340b填充的第二前体。
第一前体和第二前体可以在反应室310中与从反应物供应单元350供应的反应物反应以在衬底上形成薄膜。通过沉积工艺排出的排放材料可以在应用图6中所示的等离子体预处理系统之后被排出到外部。该配置的其它特征和操作可以与图1中所示的沉积系统1相同。然而，这是示例并且本公开不必限于此，并且第一气体供应单元320a和第二气体供应单元320b的配置可以根据第一前体与第二前体之间的物理性质的不同而改变。
参照图9，根据本发明构思的示例实施例的沉积系统400可以是当要沉积的薄膜由二元材料或三元材料制成时的沉积系统。例如，沉积系统400还可以包括第二气体供应单元420b、以及与图1的沉积系统1中所示的气体供应单元20对应的第一气体供应单元420a。
作为要沉积的薄膜的成分的第一前体可以通过第一自动再填充系统ARS_a从第一主箱440a填充在第一气体供应单元420a中。第一气体供应单元420a可以以气态向反应室410供应第一前体。与第一前体不同的第二前体可以通过第二自动再填充系统ARS_b从第二主箱440b填充在第二副箱422b中。第二气体供应单元420b可以以气态向反应室410供应第二前体。
与包括在图8中所示的沉积系统300中的第二气体供应单元320b不同，包括在沉积系统400中的第二气体供应单元420b可以通过使用鼓泡器来蒸发第二前体。例如，载体气体供应单元421b可以将载体气体供应到第二副箱422b。例如，载体气体可以是具有低反应性的诸如N2的气体。可以通过烘烤工艺和/或起泡来蒸发存储在第二副箱422b中的液体第二前体，并且将其供应到反应室410。
第一前体和第二前体可以在反应室410中与从反应物供应单元450供应的反应物反应，以在衬底上形成薄膜。通过沉积工艺排出的排放材料可以在应用图6中所示的等离子体预处理系统之后被排出到外部。该配置的其它特征和操作可以与图1中所示的沉积系统1相同。然而，这是示例并且本公开不必限于此，并且第一气体供应单元420a和第二气体供应单元420b的配置可以根据第一前体与第二前体之间的物理性质的不同而具有不同的特性。
参照图10，根据本发明构思的示例实施例的沉积系统500还可以包括多个气体供应单元(520b、520c、……520n)、以及与图1的沉积系统1中所示的气体供应单元20对应的第一气体供应单元520a。为了便于描述，图10中所示的沉积系统500的至少一部分可以与图8中所示的沉积系统300和/或图9中所示的沉积系统400相同。
第一气体供应单元520a可以以气态向反应室510供应第一前体。第n气体供应单元可以以气态向反应室510供应第n前体。
气体供应单元520a、520b、……520n以及反应物供应单元550的数量可以由沉积在衬底上的薄膜的成分来确定。例如，在由二元材料组成的薄膜的情况下，沉积工艺可以由包括一个气体供应单元520a和反应物供应单元550的沉积系统来执行。此外，在由三元材料制成的薄膜的情况下，沉积工艺可以由包括两个气体供应单元520a和520b以及反应物供应单元550的沉积系统来执行。然而，这是示例实施例并且本公开不必限于此，并且薄膜的构成元素的数量、气体供应单元520a、520b、……520n的数量、以及反应物供应单元550的数量可以根据沉积工艺方法而不同。
多个气体供应单元520a、520b、……520n中的每一个可以分别包括独立的部件。例如，与图1中所示的沉积系统相似，多个气体供应单元520a、520b、……520n可以都是包括蒸发器的气体供应单元。然而，本发明构思不必限于此，并且多个气体供应单元520a、520b、……520n中的一个或多个气体供应单元可以是包括鼓泡器的气体供应单元。
在根据本发明构思的示例实施例的沉积系统中，分别从n个气体供应单元520a、520b、……520n供应的第一前体至第n前体可以与从反应物供应单元550供应的反应物反应，以在衬底上形成薄膜。
通过沉积工艺排出的排放材料可以在应用图6中所示的等离子体预处理系统之后被排出到外部。配置的其它特征和操作可以与图1中所示的沉积系统1相同。然而，这是示例实施例并且本公开不必限于此,，并且第一气体供应单元520a至第n气体供应单元520n的配置可以根据第一前体至第n前体的物理性质的不同而具有不同的特性。
如以上所阐述的，沉积系统可以使用应用于副箱的自动再填充系统(ARS)而不是周期性地更换罐，从而将液体反应物溶液维持在可以不间断地供应的状态。此外，通过将等离子体预处理系统(PPS)应用于排放单元，可以增加泵的寿命，并且可以提高洗涤器的效率。

Claims (20)

1.一种沉积系统，包括：
反应室；
第一气体供应单元，其被配置为将以液态存储在第一主箱中的第一前体以气态供应到所述反应室；
反应物供应单元，其被配置为将与所述第一前体反应的反应物供应到所述反应室；以及
排放单元，其被配置为从所述反应室排出排放材料，
其中，所述第一气体供应单元包括第一副箱、第一液体质量流量控制器和第一蒸发器，
其中，通过第一自动再填充系统填充在所述第一副箱中的所述第一前体通过经过所述第一副箱、所述第一液体质量流量控制器和所述第一蒸发器被供应到所述反应室，
其中，所述第一自动再填充系统在所述第一主箱与所述第一气体供应单元之间的管道中形成负压，并且用以液态存储在所述第一主箱中的所述第一前体周期性地填充所述第一副箱，以维持能够将所述第一前体供应到所述反应室的状态，并且
其中，所述排放单元包括等离子体预处理系统室、泵和洗涤器，用于提高所述排放材料的分解速率的等离子体预处理系统被应用于所述等离子体预处理系统室。
2.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述第一液体质量流量控制器被配置为以每单位时间恒定的量向所述第一蒸发器供应所述第一前体。
3.根据权利要求1所述的沉积系统，还包括第二气体供应单元，所述第二气体供应单元将以液态存储在第二主箱中的第二前体以气态供应到所述反应室，
其中，所述第二气体供应单元包括存储所述第二前体的第二副箱，并且
其中，所述第二前体包括与所述第一前体不同的元素。
4.根据权利要求3所述的沉积系统，其中，所述第二气体供应单元被配置为通过与所述第一气体供应单元不同的单独的路径将所述第二前体供应到所述反应室。
5.根据权利要求3所述的沉积系统，其中，与所述第一自动再填充系统分开操作的第二自动再填充系统被应用于所述第二气体供应单元，并且
其中，所述第二自动再填充系统用以液态存储在所述第二主箱中的所述第二前体周期性地填充所述第二副箱。
6.根据权利要求3所述的沉积系统，其中，所述第二气体供应单元还包括蒸发装置，其中，所述蒸发装置是鼓泡器或蒸发器，
其中，所述蒸发装置根据所述第二前体的蒸汽压和所述第二前体的需要的供应量来确定，并且
其中，通过所确定的蒸发装置蒸发的所述第二前体被供应到所述反应室。
7.根据权利要求3所述的沉积系统，其中，所述第二气体供应单元还包括顺序地连接在所述第二副箱与所述反应室之间的第二液体质量流量控制器和第二蒸发器，
其中，所述第二液体质量流量控制器被配置为调整所述第二前体的流动速率并且将所述第二前体供应到所述第二蒸发器，并且
所述第二蒸发器被配置为蒸发所述第二前体并且将所述第二前体供应到所述反应室。
8.根据权利要求3所述的沉积系统，其中，所述第二气体供应单元还包括载体气体供应单元和鼓泡器，
其中，所述载体气体供应单元被配置为将载体气体注入到所述第二副箱中，
其中，所述鼓泡器被配置为使用所述载体气体生成起泡，并且
其中，通过所述起泡而蒸发的所述第二前体被供应到所述反应室。
9.根据权利要求8所述的沉积系统，其中，所述第二前体的蒸汽压在100℃下为1托或更大。
10.根据权利要求3所述的沉积系统，其中，所述第二气体供应单元还包括载体气体供应单元，
其中，所述载体气体供应单元被配置为将载体气体注入到所述第二副箱中，并且
其中，通过烘烤工艺蒸发的所述第二前体被供应到所述反应室。
11.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述第一气体供应单元还包括设置在所述第一蒸发器与所述反应室之间的过滤器。
12.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述反应室是批量型、半批量型或单一型。
13.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述等离子体预处理系统被配置为：将反应性气体供应到所述排放材料，然后引发等离子体放电。
14.一种沉积系统，包括：
反应室；
一个或多个气体供应单元，其分别被配置为以气态向所述反应室供应一种或多种前体；
反应物供应单元，其被配置为将与所述一种或多种前体反应的反应物供应到所述反应室；以及
排放单元，其被配置为从所述反应室排出排放材料，
其中，所述一个或多个气体供应单元包括：副箱，向所述副箱应用自动再填充系统，所述自动再填充系统在所述第一主箱与所述第一气体供应单元之间的管道中形成负压并且周期性地填充所述前体以维持第一前体能够被供应到所述反应室的状态；蒸发器，其用于以气态向所述反应室供应所述前体；以及液体质量流量控制器，其控制供应到所述蒸发器的所述前体的量，
其中，所述排放单元包括等离子体预处理系统室、泵和洗涤器，并且
其中，在应用等离子体预处理系统之后，所述等离子体预处理系统室通过所述泵排放所述排放材料，其中，所述等离子体预处理系统改变所述排放材料的化学结构。
15.根据权利要求14所述的沉积系统，其中，所述自动再填充系统被配置为在使用所述前体的第一工艺与在所述第一工艺之后执行的第二工艺之间用所述前体自动地填充所述副箱。
16.根据权利要求14所述的沉积系统，其中，所述等离子体预处理系统被控制为根据需要选择性地操作，而与所述反应室中的工艺无关。
17.一种工艺系统，包括：
至少一个自动再填充系统，其被配置为在连接到以液态存储工艺材料的主箱的管道中形成负压，以用所述工艺材料自动地填充副箱，并且将存储在所述副箱中的所述工艺材料维持为多于特定量；
气体供应系统，其被配置为以气态向所述反应室供应存储在所述副箱中的所述工艺材料，
等离子体预处理系统，其被配置为引发等离子体放电以改变从所述反应室排出的排放材料的化学结构，
其中，所述气体供应系统被配置为操作连接在所述副箱与所述反应室之间的液体质量流量控制器和蒸发器，并且
其中，所述液体质量流量控制器被配置为控制供应到所述蒸发器的所述工艺材料的量。
18.根据权利要求17所述的工艺系统，其中，所述工艺材料在沉积工艺、蚀刻工艺、灰化工艺、退火工艺和清洗工艺之一中使用，并且
其中，所述气体供应系统被配置为以气态向所述反应室周期性地供应所述工艺材料。
19.根据权利要求17所述的工艺系统，其中，所述气体供应系统包括多个气体供应单元，并且
其中，所述多个气体供应单元被配置为分别向所述反应室供应多种工艺材料。
20.根据权利要求19所述的工艺系统，其中，所述多个气体供应单元中的至少两个被配置为通过不同的机构操作。
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